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Scienza dei materiali: perché il PET offre prestazioni di barriera superiori
La rigidità intrinseca, la trasparenza e la densità molecolare garantiscono integrità strutturale e bassa permeabilità
I tassi di trasmissione dell'umidità sono inoltre molto bassi rispetto ad altri materiali per imballaggio, a causa della combinazione PET/EVOH e PET/PE. Ad esempio, PET/EVOH e PET/PE presentano tassi di trasmissione dell'umidità inferiori a 0,8 g/m²/giorno. Questo basso tasso di trasmissione contribuisce a mantenere costante il contenuto di umidità dei frutti e delle verdure confezionati e limita la crescita batterica. Oltre ai bassi tassi di trasmissione dell'umidità, le altre proprietà intrinseche e desiderabili del PET, quali resistenza meccanica, proprietà barriera e trasparenza, ne consentono l’impiego in una vasta gamma di applicazioni. Un esempio di applicazione superficiale barriera è rappresentato dagli imballaggi in PET a scatola a conchiglia (clam shell) e dai cartoni in PET attualmente utilizzati per l’imballaggio. In relazione alla struttura cristallina del PET, quest’ultimo presenta bassi livelli di trasmissione dell’umidità e di trasmissione dell’ossigeno nello stato cristallino. Proprio questi bassi tassi di trasmissione dell’ossigeno spiegano perché i contenitori in PET a scatola a conchiglia non necessitano di essere abbinati ad altre plastiche per preservare l’integrità dei prodotti contenuti. I campioni di PET presentano valori di OTR pari a 0,5 cc/m²/giorno, ossia 10 volte inferiori rispetto all’OTR del polipropilene (PP) di grado residenziale.
Prestazioni di barriera all’ossigeno e all’umidità del PET rispetto al rPET: effetto del contenuto di materiale riciclato
Oltre a superare le barriere rappresentate dai nuovi materiali, l'rPET non sembra ottenere lo stesso risultato in termini pratici. Test indipendenti su PET nuovo e rPET hanno evidenziato differenze nell’OTR (Oxygen Transmission Rate) e nell’MVTR (Moisture Vapor Transmission Rate) generalmente inferiori al 5%. Ciò è dovuto al fatto che l'rPET (ottenuto tramite riciclo meccanico) non degrada il monomero del poliestere (tereftalato di etilene) responsabile, fin dall’inizio, di tali proprietà barriera. Questo è un aspetto fondamentale per quanto riguarda ostacoli più permeabili, come ad esempio i contenitori a conchiglia per animali domestici. Ed è proprio qui che sta la difficoltà. Ripetuti cicli di riciclo possono paradossalmente aumentare la permeabilità dei materiali all’ossigeno fino al 12%, e probabilmente oltre, qualora la temperatura di processo venga mantenuta superiore ai 280 °C. La maggior parte degli impianti di riciclo odierni cerca di evitare questo fenomeno ricorrendo a nuove e innovative soluzioni filtranti, volte a ridurre al minimo quei contaminanti problematici che in passato avevano compromesso le proprietà barriera. L’rPET per uso alimentare disponibile oggi possiede le proprietà barriera all’umidità richieste, con un valore di MVTR compreso tra 0,1 e 0,3 grammi per metro quadrato al giorno, anche quando il contenuto di materiale riciclato raggiunge il 30%. Ciò significa che le aziende possono conseguire i propri obiettivi ecologici senza compromettere la durata a scaffale dei prodotti.
Funzione Barriera in Azione: Controllo della Trasmissione di Ossigeno e Umidità
Tasso di Trasmissione dell'Ossigeno (OTR) di Riferimento per i Contenitori in PET a Conchiglia e Confronto con Altri Materiali
Quando si tratta di imballaggi a conchiglia, il tereftalato di propilene (PET) presenta un vantaggio competitivo grazie a una permeabilità all'ossigeno misurata tra 5 e 10 cc per metro quadrato al giorno. Si tratta di un miglioramento drastico rispetto alla maggior parte dei materiali per imballaggio. Ad esempio, i contenitori standard in polipropilene presentano tassi di permeazione compresi tra 50 e 150 cc/m²/giorno, mentre i prodotti in polistirene hanno un tasso di permeazione ancora più elevato, pari a 200–400 cc/m²/giorno. Grazie a questa bassa permeabilità all’ossigeno, gli alimenti disidratati contenuti nell’imballaggio subiscono minori danni. Ad esempio, i frutti di bosco non anneriscono altrettanto rapidamente e le verdure a foglia, come gli spinaci, conservano meglio il loro contenuto nutrizionale: in particolare, la perdita di vitamina C nel tempo risulta significativamente ridotta. Ma cosa rende il PET così efficace? La risposta va ricercata nella sua struttura cristallina. Questa struttura crea microaperture nella barriera, rendendo più difficile il passaggio delle molecole di ossigeno attraverso di essa. Il risultato è un alimento più gustoso e nutriente, che mantiene la propria freschezza per un periodo più lungo. Ciò rende il PET la scelta ottimale per prodotti alimentari meno stabili, che richiedono una maggiore protezione.
Tasso di trasmissione del vapore acqueo (MVTR) e il suo ruolo nella gestione della respirazione dei prodotti ortofrutticoli e della condensa
I valori di MVTR per il PET sono compresi tra circa 1 e 2 g/m²/giorno; in questo caso, tale caratteristica contribuisce a regolare l’umidità all’interno degli imballaggi a scatola rigida (clamshell). I frutti, durante la respirazione, producono da 20 a 50 mg di vapore acqueo per chilogrammo di frutto ogni ora. Se i livelli di umidità non vengono adeguatamente controllati, i prodotti ortofrutticoli si deteriorano e subiscono modifiche indesiderate. Il PET è particolarmente indicato perché è resistente all’acqua e contribuisce a ridurre al minimo il raggrinzimento e la perdita di peso. Ad esempio, contenitori con pomodorini ciliegia e uva non diventano molli e spappolati.
Utilizzo di scatole rigide (clamshell) in PET per un’autonomia reale più prolungata
Caso di studio confermato: studio di ricerca congiunto USDA-FDA che ha dimostrato un’allungamento della durata di conservazione delle fragole di +4–7 giorni
Uno studio collaborativo recente condotto dall'USDA e dalla FDA rivela che le fragole confezionate in vaschette in PET possono rimanere sugli scaffali da quattro a sette giorni in più rispetto all'imballaggio convenzionale. I ricercatori hanno osservato la doppia funzione offerta dalle vaschette in `PET`. Con un tasso di trasmissione dell'ossigeno (OTR) inferiore a 0,5 cc/m²/giorno, si è ridotto il tasso di ossidazione e, di conseguenza, la comparsa di antiestetiche macchie brune. Allo stesso tempo, la trasmissione del vapore acqueo a livello microscopico è controllata, garantendo così il livello di umidità e di umidità ottimale all'interno della confezione. Questo controllo ha determinato una riduzione approssimativa del 60% del tasso di crescita microbica, prolungando la durata di conservazione del prodotto. Questi risultati contribuiscono in modo significativo alla riduzione del problema enorme dello spreco alimentare. Nel 2023, il Servizio di Ricerca Agricola dell'USDA ha rilevato che le bacche fresche, coltura dal valore di 6,2 miliardi di dollari negli Stati Uniti, subiscono una perdita annuale stimata del 30% a causa di imballaggi inadeguati o mal progettati. Anche i rivenditori hanno osservato che le fragole confezionate in PET mantengono il 15% in più di vitamina C dopo 10 giorni di conservazione, offrendo un beneficio per la salute. Ciò dimostra che l'imballaggio preserva il valore nutrizionale e che le barriere degli imballaggi non sono semplici cifre numeriche, bensì un reale valore nutrizionale. Nel caso delle fragole, il PET fa di più con meno.
Integrazione del design: ventilazione, integrità della tenuta e gestione dell'umidità negli imballaggi in PET a scatola rigida
Buoni sigilli, ventilazione e controllo dell'umidità devono essere considerati e progettati come un sistema complesso e integrato, piuttosto che come sistemi separati, nella progettazione degli imballaggi in PET a scatola a conchiglia. I piccoli fori che realizziamo mediante taglio laser in varie posizioni fungono da microventilatori, consentendo il giusto flusso d'aria per i prodotti che generano etilene, riducendo così la probabilità di formazione di condensa. Le chiusure a scatto da noi progettate sono realizzate mediante un processo di lavorazione al silicone che produce sistemi di chiusura che si chiudono letteralmente con uno scatto, creando una tripla barriera contro l’ingresso di sporco contaminante, l’uscita di gas generati e la fuoriuscita prematura di umidità. La caratteristica distintiva degli imballaggi in PET per prodotti ortofrutticoli è rappresentata dal loro tasso di trasmissione del vapore acqueo, progettato in modo da stabilizzare uniformemente il contenuto di umidità all’equilibrio del prodotto. Tali imballaggi sono concepiti per ottimizzare le condizioni di umidità — né troppo secca né troppo umida — evitando la proliferazione di muffe, l’eccesso di umidità e la marciume apicale. Le condizioni controllate di microclima rallentano il tasso di respirazione dei prodotti ortofrutticoli. L’imballaggio ritarda l’inizio della crescita delle spore di muffa e preserva la sgradevole e antiestetica perdita di turgore e di consistenza che caratterizza le fragole raggrinzite. Si tratta di un esempio perfetto di imballaggio in grado di estendere effettivamente la durata di conservazione.
Domande frequenti
Cos'è il PET e perché viene utilizzato per l'imballaggio?
Il PET è un tipo di plastica chiamata polietilene tereftalato. È molto denso e presenta una struttura semicristallina ben evidente. Ciò lo rende un eccellente barriera contro i gas e l'umidità. Di conseguenza, è ideale per scopi di imballaggio, poiché mantiene i prodotti freschi e ne preserva la visibilità.
Quali sono le proprietà barriera del PET rigenerato (rPET) rispetto al PET vergine?
Rispetto al PET vergine, il rPET offre una protezione barriera comparabile; eventuali carenze riguardano esclusivamente le percentuali di trasmissione di umidità e ossigeno del rPET, che in genere non superano il 5%. Con il processo di riciclo, la protezione barriera subisce generalmente una riduzione. Tuttavia, questo problema è meno rilevante con le attuali tecnologie di riciclo.
In che modo i contenitori in PET a conchiglia aiutano a mantenere i prodotti freschi più a lungo?
I gusci a conchiglia in PET presentano un basso tasso di trasmissione sia per l'ossigeno che per l'umidità. Ciò contribuisce a controllare l'umidità e a rallentare il tasso di ossidazione, permettendo ai prodotti di rimanere freschi più a lungo. Il USDA-FDA ha condotto uno studio, che ha concluso che le fragole confezionate in gusci a conchiglia in PET sono rimaste fresche da 4 a 7 giorni in più rispetto alle fragole confezionate con imballaggi standard.